魏永強(qiáng)，張 超，張 益

（1.萊蕪市喬店水庫(kù)管理處，山東 萊蕪 271100；2.山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250013；3.棗莊市山亭區(qū)農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)辦公室，山東 棗莊 277200）

攝影測(cè)量是一門通過分析記錄在膠片或電子載體上的影像，來確定被測(cè)物體的位置、大小和形狀的科學(xué)。近景攝影測(cè)量是攝影測(cè)量的一個(gè)重要分支，是利用對(duì)物距不大于300m的目標(biāo)物攝取的立體像對(duì)進(jìn)行的。伴隨著數(shù)碼相機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，數(shù)字近景攝影測(cè)量已經(jīng)成為一種必然趨勢(shì)，它是近距離獲取數(shù)字影像相關(guān)信息的一種有效手段[1]。水利工程在各種荷載作用下產(chǎn)生的變形，與許多因素有關(guān)，并有一定的限度和規(guī)律。如果變形超出一定限度或違反正常規(guī)律，則說明其工作不正常，應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)的措施。因此，需要進(jìn)行變形觀測(cè)以了解水利工程的工作情況。變形監(jiān)測(cè)是利用專用的儀器和方法對(duì)變形體的變形現(xiàn)象進(jìn)行持續(xù)觀測(cè)，并對(duì)變形進(jìn)行分析和變形體變形的發(fā)展態(tài)勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)等的各項(xiàng)工作。變形監(jiān)測(cè)的目的是要掌握水工建筑物的實(shí)際形狀，科學(xué)、準(zhǔn)確、及時(shí)地分析和預(yù)報(bào)水利工程建筑物的變形狀況，對(duì)水利工程建筑物的施工和運(yùn)營(yíng)管理極為重要。變形監(jiān)測(cè)與其他測(cè)量工作相比，其精度要求較高，且有一定頻率的重復(fù)觀測(cè)。

近年來，近景攝影測(cè)量已發(fā)展成為一種高度可靠和極其有效的精測(cè)方法，其除了本身非接觸式觀測(cè)的優(yōu)勢(shì)外，還具有實(shí)時(shí)獲取地表信息和以數(shù)字方式存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)觀測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。隨著攝影測(cè)量點(diǎn)位精度的顯著提高，數(shù)字近景攝影測(cè)量技術(shù)在變形滑坡、結(jié)構(gòu)變形等領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。長(zhǎng)江勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院空間公司用近景攝影測(cè)量方法對(duì)三峽右岸電站特大型蝸殼進(jìn)行了施工期的變形監(jiān)測(cè)，顯示了近景攝影測(cè)量在水利工程中的廣闊應(yīng)用前景。因此，將近景攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于水利工程變形監(jiān)測(cè)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 變形監(jiān)測(cè)方法

傳統(tǒng)地面觀測(cè)主要以經(jīng)緯儀、全站儀、水準(zhǔn)儀等大地測(cè)量技術(shù)為主，自動(dòng)化難度大，測(cè)量效率低。現(xiàn)代變形監(jiān)測(cè)正逐漸實(shí)現(xiàn)多層次、多視角、多技術(shù)、自動(dòng)化的立體監(jiān)測(cè)體系，近景攝影測(cè)量技術(shù)成為一種必不可少的、有效的變形監(jiān)測(cè)方法。

2 近景攝影測(cè)量及其監(jiān)測(cè)方法模型

2.1 近景攝影測(cè)量

應(yīng)用近景攝影測(cè)量是攝影測(cè)量的一個(gè)重要分支，數(shù)字近景攝影測(cè)量是隨著數(shù)碼相機(jī)、數(shù)字影像技術(shù)、圖像處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺、三維重建等數(shù)字技術(shù)發(fā)展而發(fā)展起來的，數(shù)字近景攝影測(cè)量在建筑行業(yè)、水利行業(yè)、工業(yè)、醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。

近景攝影測(cè)量比普通測(cè)量方法的優(yōu)越性，體現(xiàn)在能在短時(shí)間內(nèi)快速、實(shí)時(shí)實(shí)地測(cè)定大量準(zhǔn)確點(diǎn)的坐標(biāo)，還能幫助研究各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)不可觸及的對(duì)象。此外，近景攝影測(cè)量在研究某些特定的動(dòng)態(tài)過程時(shí)能夠在瞬間準(zhǔn)確記錄下物體的空間位置和狀態(tài)，并通過對(duì)記錄下來的動(dòng)態(tài)物體進(jìn)行定量分析，對(duì)變形體變形的發(fā)展態(tài)勢(shì)進(jìn)行很好地預(yù)測(cè)。研究近景攝影測(cè)量在水利工程變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用不僅在理論上對(duì)變形體進(jìn)行有效論證，而且能提早發(fā)現(xiàn)工程實(shí)際運(yùn)用過程中的問題，并及時(shí)做出處理方案，減少變形對(duì)工程質(zhì)量的影響。

2.2 方法模型

在采用近景攝影測(cè)量的方法監(jiān)測(cè)變形時(shí)，從基線兩端對(duì)小變形體進(jìn)行攝影，變形值的測(cè)定可采用坐標(biāo)法來進(jìn)行。坐標(biāo)法測(cè)定變形，就是根據(jù)零周期的立體像對(duì)量測(cè)變形前的坐標(biāo)值x、z和左右視差p，然后量測(cè)變形周期的立體像對(duì)的相應(yīng)點(diǎn)的 x′、z′、p′值，求出零周期和變形周期的空間坐標(biāo)之差，進(jìn)而確定變形量△Y、△X、△Z。

地面物點(diǎn)的攝影測(cè)量坐標(biāo)與物點(diǎn)的地面測(cè)量坐標(biāo)之間的關(guān)系為：

3 外業(yè)測(cè)量

3.1 監(jiān)測(cè)方案的確定

變形監(jiān)測(cè)屬于精密測(cè)量的范疇，測(cè)量精度要求優(yōu)于1mm，為滿足精度要求，一般要在監(jiān)測(cè)方案上采取一系列措施，以達(dá)到預(yù)期效果，這需要根據(jù)具體情況進(jìn)行細(xì)述。

1）控制點(diǎn)的選取是近景攝影測(cè)量工作中對(duì)周圍被測(cè)物體實(shí)施控制的第一步工作，其控制的方式多種多樣。控制點(diǎn)的選擇要遵守成像清晰、便于辨認(rèn)的基本原則，同時(shí)控制點(diǎn)的材質(zhì)選取和數(shù)量的多少也是影響控制點(diǎn)坐標(biāo)精度的主要原因。

2）監(jiān)測(cè)方法是選取兩個(gè)不同位置的固定基準(zhǔn)點(diǎn)將近景攝影儀安置于選定的兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)上，對(duì)變形體上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行攝影，構(gòu)成立體影像資料，通過攝影儀的內(nèi)置立體坐標(biāo)儀量測(cè)相片上各點(diǎn)的三維坐標(biāo)生成變形體上各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。

3.2 外業(yè)攝影測(cè)量

基本攝影方式有正直攝影和交向攝影兩種基本方式，一般情況下，近景攝影測(cè)量采用交向攝影方式，左右片的拍攝位置是固定的，這樣就能保證每次拍攝的變形監(jiān)測(cè)照片都在基本相同的外界條件下拍攝。為提高監(jiān)測(cè)精度，所選擇的兩個(gè)拍攝位置經(jīng)常是地形簡(jiǎn)單、無較大變形移動(dòng)、外界干擾較少的地方，且保持所攝對(duì)象的兩張相片基本對(duì)稱，攝影比例尺也基本一致，兩張相片的旋角保持很小。

3.3 數(shù)據(jù)處理

近景攝影相片的處理方法分為模擬法和解析法。模擬法是借助立體測(cè)圖儀測(cè)制被攝影物體的等值線圖、立面圖，其成果形式單一。解析法是主要的方法，能處理各類攝影機(jī)所攝的相片，提供較高精度的成果，而且借助計(jì)算機(jī)和繪圖儀可繪制等值線圖、斷面圖以及立體透視圖，還可用數(shù)字形式或圖解形式輸出工程設(shè)計(jì)所需要的各類參數(shù)，如面積、體積、周長(zhǎng)、曲率、半徑、速度、加速度、軌跡和質(zhì)量分布等。

4 結(jié)語

綜上所述，可以得到以下結(jié)論：數(shù)字近景攝影測(cè)量技術(shù)是一種非接觸、不傷及被測(cè)物體的高精度量測(cè)手段，特別適合于變形、滑坡等的作業(yè)，便于實(shí)現(xiàn)三維可視化，且測(cè)定精度較好?？色@得不同時(shí)刻的變形數(shù)據(jù)，信息容量大，可為了解變形體的動(dòng)態(tài)變形過程提供豐富信息。

［1］ 項(xiàng)鑫,王艷利.近景攝影測(cè)量在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].中國(guó)煤炭地質(zhì),2010.